EP4/9 |“เข้าใจ”ควอนตัมกันอย่างไร ? | ตามรอยผลงานวิทยาศาสตร์โลก
“ไม่ว่าทฤษฎีนั้นจะงดงามขนาดไหน หรือว่าสร้างขึ้นจากความชาญฉลาดสักเพียงใด หากไม่สอดคล้องกับผลการทดลอง แสดงว่าผิด”
ริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Feynman)
ปี ค.ศ.1986 (พ.ศ.2529) มีหนังสือเล่มหนึ่งตีพิมพ์จากการถอดบทสัมภาษณ์นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังของโลกแปดท่าน เขาเหล่านั้นคือผู้ที่คุ้นเคยกับปรากฏการณ์เชิงควอนตัมมานาน ได้ร่วมสาธยายออกอากาศกับสำนักข่าวบีบีซี (BBC) แล้วจึงถอดเทปเป็นตัวหนังสือมาพิมพ์ให้อ่าน เป็นการถ่ายทอดเรื่องราววิทยาศาสตร์สองแนวทางต่อเนื่องนั่นคือ ทางวิทยุผ่านเป็นเสียงเข้าหูและแบบถอดความเป็นตัวหนังสือให้รับรู้ผ่านทางตา
แม้การถ่ายความคุ้นเคยกับเรื่องที่ว่ายากหนักหนาของปรมาจารย์ทั้งหลายจะได้รับการสรรเสริญว่าเป็นภาษาพูดเรียบง่ายเน้นสื่อสารถึงผู้ฟังทั่วไป ซึ่งก็แน่นอนยังมีการเปรยบ่นว่ายังคงยากที่จะมีใครสามารถทำความเข้าใจได้เหมือนตาม กระนั้น เป็นตัวอย่างทางอ้อมหนึ่งที่ดีเยี่ยมที่ควรต้องลองคุ้นเคย (หนังสือพิมพ์ครั้งแรก ค.ศ.1986 ออกอากาศมาตั้งแต่ ปี ค.ศ.1984) หากมีโอกาสอ่านแล้วควรประเมินด้วยว่า นักวิทยาศาสตร์ที่เขาเข้าใจลึกซึ้งต่อกลศาสตร์ควอนตัมมาถ่ายทอดให้ เมื่อรับรู้โดยผ่านประสาทสัมผัสทางอ้อมด้วยตากับตัวหนังสือแล้วสามารถทำความเข้าใจได้มากน้อยเพียงใด เพื่อสอบอารมณ์ความเข้าใจขอตนไปพร้อมด้วย
ตัวฉบับหนังสือบรรณาธิการตั้งชื่อให้ว่า “The Ghost in the Atom” อันมีนัยถึงปรากฎการณ์ระดับอนุภาคเดี่ยวหรืออะตอมเดี่ยวทั้งหลายว่ามีความแปลกพิลึกยิ่งนัก (ดังที่กระตุ้นไว้ในบทก่อน) จึงถูกเปรียบว่าเกิดขึ้นได้ราวกับมีวิญญาณอยู่ในอะตอมแล้วดลให้เกิดความแปลกทั้งหลายออกมากับงานการทดลองประมาณนั้น มีฉบับแปลเป็นภาษาไทยด้วยโดยถอดชื่อแปลความตรงตัวว่า “วิญญาณในอะตอม” หนังสือนี้จึงเป็นอีกช่องทางเลือกของการสร้างความคุ้นเคยทางอ้อม ด้านในมีตัวอย่างเฉพาะเจาะจงเกี่ยวโดยตรงกับเรื่องแสงโดยศาสตราจารย์อแลง แอสเปก (Alain Aspect) จากประเทศฝรั่งเศส ผู้พิสูจน์ทฤษฎีสำคัญด้วยการสร้างชุดทดลองควอนตัมแสงที่กล่าวขานกันว่ามีประโยชน์ยิ่ง (non-locality) รวมทั้งทำให้ประสาทสัมผัสของมนุษย์มีโอกาสขยับเข้าไปใกล้ความพิลึกของโลกอนุภาคได้ชิดขึ้น ทำให้ผู้ศึกษาตามเกิดความเข้าใจปรากฏการณ์ควอนตัมได้สะดวกขึ้นและได้กระตุ้นให้เกิดงานอื่นตามอย่างต่อเนื่องด้วยด้วย ควรเพ่งจ้องลองศึกษาบทสัมภาษณ์นี้กันเป็นพิเศษ
ถามนักศึกษาไทยจากต่างแดน
ตัวอย่างเพื่อเทียบเคียงต่อมาก่อนเข้าสู่ความคุ้นเคยเป้าหมาย คัดกรองผลมาจากการสอบถามนักศึกษาไทยที่มีโอกาสไปเรียนสาขาฟิสิกส์ต่างประเทศจนจบปริญญาเอกกลับมา ด้วยคำถามตรงแน่วที่ว่า
“คิดว่าคุ้นเคยจนถึงเข้าใจเรื่องราวทางด้านควอนตัมเมื่อไหร่ ช่วงเวลาไหนของชีวิต ?”
คำตอบส่วนใหญ่ที่ได้มาคล้ายกันคือ
“กว่าผมจะรู้เรื่องเข้าใจควอนตัมก็ปาเข้าไปเกือบจะจบปริญญาเอกอยู่แล้ว”
แม้การมีโอกาสคลุกคลีอยู่กับห้องปฏิบัติการระดับโลก คุ้นเคยอยู่กับเสียงการบรรยายของศาสตราจารย์เด่นดังระดับโลกที่มีความเชี่ยวชาญ แต่ผู้ที่ไปรับรู้รับทราบไปอยู่ในระดับแนวหน้าของวงการมายังรู้สึกว่าตนเองกว่าจะเข้าใจได้ก็ช่วงท้ายของการศึกษาขั้นสูงสุดถึงสี่ห้าปี (มิใช่เพียงห้านาที) ดังนั้น สำหรับคนส่วนใหญ่นอกสาขาจึงควรทำความเข้าใจแนวทางอื่นน่าจะเหมาะกว่า ขืนต้องไปนั่งเรียนแบบเดียวกันคงไกลตัวเกินไป เวลาและทรัพยากรที่มีอยู่อาจไม่เพียงพอและคงไม่มีสถาบันไหนหรือใครกล้ารับประกันผลสัมฤทธิ์ของแนวทางเดียวกันนั้นให้
อัจฉริยะผู้รู้แจ้ง
ขยับต่อมาถึงอีกกรณีที่น่าประทับใจแกมฉงน อ้าว ! แล้วบรรดานักวิทยาศาสตร์โด่งดังของโลกในอดีตเขาสร้างความเข้าใจสร้างความคุ้นเคยไปสู่ความเข้าใจได้อย่างไรโดยเฉพาะยุคแรก ยุคที่กลศาสตร์ควอนตัมเพิ่งกำเนิดขึ้นช่วงก่อนปี ค.ศ.1925 ซึ่งนำโดย แมกซ์ พลังค์ หรือบุคคลจากภาพดังแห่งศตวรรษที่นั่งอยู่ด้านหน้าซ้ายมือลำดับที่สอง ผู้ที่เริ่มต้นหรือให้กำเนิดสาขานี้มาตั้งแต่การค้นพบการแผ่รังสีของวัตถุดำ ภาพดังของวงการ (the Solvay conference) ซึ่งถ่ายไว้ในปี ค.ศ.1927 ณ กรุงบรัสเซลส์ ประเทศเบลเยียมนี้ มีนักวิทยาศาสตร์เอกของโลกร่วมเฟรมตั้งแถวรวมกันมากหน้าหลายตาทั้ง นีลส์ บอร์ (Niels Bohr) อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstien) ไฮแซนแบรกซ์ (Heisenberg) อีกทั้งนักวิทยาศาตร์รางวัลโนเบลสองครั้งควบสาขาฟิสิกส์และเคมีแถมเป็นสตรีหนึ่งเดียวที่ทำได้ “มาดามคูรี” พร้อมกับนักฟิสิกส์อีกมากมารวมตัวกัน ดูน่าตรึงตายิ่งนัก ปีนั้นประชุมกันว่าด้วยหัวข้อเรื่องอิเล็กตรอนและโฟตอน กลุ่มเกจิอาจารย์เหล่านี้กลับมารวมตัวกันต่ออีกหลายปี ตามหัวข้อร่วมสมัยที่สนใจกันในยุคร้อยปีก่อน
ภาพย้อนยุคนี้มีคำถามให้คิดเล่นแบบจริงจังต่อว่า ในอดีตร่วมศตวรรษขณะที่ยังไม่มีเครื่องมือใช้สร้างความคุ้นเคยได้ดีนักกับพื้นฐานเล็ก ๆ ระดับอนุภาคเดี่ยวที่แสดงคุณสมบัติเชิงควอนตัม เขาเหล่านั้นคุ้นเคยจนไปเข้าใจกันได้อย่างไร ? แน่นอนว่าใช้คณิตศาสตร์กับฟิสิกส์ทฤษฎีเป็นหลัก แต่หากจะยกเอาทั้งสองศาสตร์เข้มมากมาอธิบายให้ชาวบ้านทั่วไปฟังร่วมด้วยคงไม่รู้เรื่องกันแน่ ไม่ไหว หนักเกินไป การสร้างความเข้าใจได้ของกลุ่มอัจฉริยบุคคลโลกที่แท้จริงเหล่านั้นเป็นสิ่งที่เลียนแบบกันได้ยาก ส่วนผู้คนทั้งหลายที่ห่างไกลจากตัวเลขและหลักการฟิสิกส์อันลึกล้ำควรถอยหลังกลับมาหาวิธีที่น่าจะสร้างความเข้าใจได้ทางอ้อมอื่น ๆ สะสมกันไว้แทน
(ภาพจาก Nobel.Org)
การทดลองเชิงควอนตัมที่น่าจดจำของโลก
ขยับมาดูตัวอย่างการถ่ายทอดความคุ้นเคยของนักวิทยาศาสตร์ผ่านการทดลองที่คิดค้นถัดมาไม่นานนักซึ่งใกล้ชิดกับประสาทสัมผัสมนุษย์ได้มากขึ้นอีก กับกรณีที่ดีเยี่ยมของสองนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล ปี ค.ศ. 2012 เซิร์ก ฮาโรเช (Serge Haroche) จากฝรั่งเศส และ เดวิด ไวน์แลนด์ (David Wineland) ของสถาบันมาตรวิทยาสหรัฐอเมริกา บุรุษทั้งสองนี้มีความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์และเข้าใจได้แน่แท้ งานการทดลองของเขาสามารถใช้ถ่ายทอดความเข้าใจให้กับนักวิจัยอื่นจนสามารถเลียนแบบสร้างอุปกรณ์เครื่องไม้เครื่องมือแล้วก็ไปเข้าใจปรากฏการณ์นั้นได้ตามมาอีกมากเช่นกัน เป็นการทดลองที่เรียกกันว่า สุโค่ย ปราดเปรื่อง ยอดเยี่ยมยิ่ง (ingenious experiment) ทั้งสองท่านเล่นสลับด้านกันคือ แสงกับอะตอมและอะตอมกับแสง เป็นชุดปฏิบัติการที่พิสูจน์และสังเกตปรากฏการณ์ได้สะดวกมากขึ้น ความสวยงามของงานคู่นี้ได้ถูกพัฒนาต่อเนื่องแตกแขนงความก้าวหน้าตามมาอีกมากในช่วงเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมาเลยทีเดียว กระทั่งได้รับรางวัลโนเบลอันยิ่งใหญ่ในที่สุด
